(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子磁心に、回転軸方向に延在した複数の磁石挿入孔を設け、前記磁石挿入孔に永久磁石を挿入し、前記磁石挿入孔を端板で塞いだ永久磁石回転子であって、
前記永久磁石と前記端板の隙間にアルミニウム、アルミニウム合金、非磁性ステンレスのいずれか、またはそれらの組み合わせである非磁性の塑性材料からなる押圧部材を挿入し、
前記永久磁石の上端近傍または下端近傍、あるいはその両方に、前記磁石挿入孔と前記永久磁石との間に形成された前記押圧部材の逃げ部を設け、
前記押圧部材を介して前記端板から前記永久磁石に機械的圧力を加え、
前記押圧部材の本体部により前記永久磁石を前記回転軸方向に固定し、
前記逃げ部に入り込んだ前記押圧部材の端部により前記永久磁石を円周方向に固定する永久磁石回転子。
【請求項２】
前記押圧部材の形状が円筒、中空円筒、楕円筒、中空楕円筒、角数を限定しない角筒、角数を限定しない中空角筒、中空半円筒、波板、表面にローレット加工もしくは溝加工を有する板材のいずれかである、請求項１に記載の永久磁石回転子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の永久磁石回転子の製造方法であって、
（ａ）回転子磁心に設けられた磁石挿入孔に永久磁石を挿入する工程
（ｂ）前記永久磁石の上端または下端、あるいはその両方に押圧部材を挿入する工程
（ｃ）端板を取り付け、前記端板により前記押圧部材を変形させ、前記端板から前記押圧部材を介して前記永久磁石に圧力を加え、前記永久磁石を固定する工程
を含む永久磁石回転子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は永久磁石電動機に用いられる永久磁石回転子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７は一般的な永久磁石電動機４０の、回転軸４１方向に垂直な断面図である。永久磁石電動機４０は固定子４２と永久磁石回転子４３からなる。固定子磁心４４の極歯部４５には巻線４６が施される。巻線４６には所定の電圧値、電流値、周波数の電流が流れ、回転磁界が発生する。
【０００３】
永久磁石回転子４３の回転子磁心４７には複数の磁石挿入孔４８が設けられる。磁石挿入孔４８には永久磁石４９が挿入される。永久磁石回転子４３は回転磁界に同期して回転する。本発明は永久磁石回転子４３に関する。
【０００４】
図８（ａ）は一般的な永久磁石回転子４３の、回転軸４１に垂直方向の平面図である。図８（ａ）は端板５０を取り付ける前の状態を示す。図８（ｂ）は一般的な永久磁石回転子４３の、回転軸４１に平行方向の断面図である。図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図８（ｂ）は端板５０を取り付けた後の状態を示す。
【０００５】
永久磁石回転子４３では回転子磁心４７に複数の磁石挿入孔４８が設けられ、各磁石挿入孔４８に永久磁石４９が挿入される。磁石挿入孔４８は回転軸４１方向に延在する。永久磁石４９が磁石挿入孔４８から脱落しないように、回転子磁心４７の上端と下端に端板５０が取り付けられ、磁石挿入孔４８が塞がれる。図８（ａ）、図８（ｂ）では、端板５０以外の永久磁石４９固定手段は図示されていない。
【０００６】
永久磁石４９の極性（Ｎ、Ｓ）は図に示すとおり、隣りあう永久磁石４９の極性が逆になる。一般に回転子磁心４７は、表面の絶縁された同一形状の薄い鋼板（電磁鋼板）を、回転軸方向に多数積層して形成される。
【０００７】
永久磁石４９は永久磁石粉体の成形、焼結、加工等の工程を経て作られる。そのため一般に永久磁石４９は個体間に寸法のばらつきを生じる。一方、磁石挿入孔４８は磁性体の板材、例えば電磁鋼板をプレス加工で打ち抜いた孔を重ねて作られる。そのため磁石挿入孔４８の寸法の精度は高い。
【０００８】
永久磁石４９の寸法のばらつきを考慮して、磁石挿入孔４８は永久磁石４９より大きめに作られる。そのため永久磁石４９と磁石挿入孔４８の間には隙間５１ができる。永久磁石４９の寸法がばらつくため、隙間５１の大きさは一定にはならない。隙間５１があるため、磁石挿入孔４８に永久磁石４９を入れただけでは、永久磁石４９は固定されない。そのため永久磁石回転子４３が回転したとき、永久磁石４９が磁石挿入孔４８の中で移動するおそれがある。しかしこれは望ましくない。そこで永久磁石４９を固定するため、従来から、以下に述べるような種々の固定方法が考えられてきた。
【０００９】
特許文献１においては、永久磁石は接着剤により磁石挿入孔に固定される。接着剤は磁石挿入孔と永久磁石の隙間を、隙間の寸法や形状に関係無く埋めることができる。
【００１０】
特許文献２においては、永久磁石は回転軸方向に折り曲げられた突起により、磁石挿入孔に固定される。
【００１１】
特許文献３および４においては、永久磁石は回転子磁心の一部を変形して形成された突起により、磁石挿入孔に固定される。
【００１２】
特許文献５においては、永久磁石はレーザー溶接により磁石挿入孔に固定される。
【００１３】
特許文献６においては、永久磁石は個々の永久磁石を覆う押さえ片により、磁石挿入孔に固定される。
【００１４】
特許文献７においては、永久磁石は周方向に角度をずらした回転子磁心により、磁石挿入孔に固定される。
【００１５】
以上の特許文献１〜７における永久磁石の固定は、主として径方向または周方向の固定を目的とする。これとは別に永久磁石の回転軸方向の脱落を防ぐため、端板により磁石挿入孔を塞ぐ方法もある（例えば、特許文献８）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２０００−１９７２９１号公報
【特許文献２】特開２００１−３７１２１号公報
【特許文献３】特開平９−１９１５９０号公報
【特許文献４】特開平５−２６０６８６号公報
【特許文献５】特開２０００−８３３３４号公報
【特許文献６】特開２００３−１４３７８６号公報
【特許文献７】特開２００７−４９８０３号公報
【特許文献８】特開２００９−１３１０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
空気調和機に用いられる密閉型圧縮機においては、永久磁石電動機が冷媒中に置かれる。この場合永久磁石回転子も冷媒にさらされる。このため永久磁石回転子には通常の機械的強度に加えて、化学的および温度変化についても耐久性（耐冷媒性）が必要である。
【００１８】
特許文献１のように永久磁石を接着剤により固定した場合、冷媒および温度変化による接着剤の劣化により、固定が不完全となるおそれがある。冷媒および温度変化による接着剤の劣化は、通常の接着剤の経時劣化より速いおそれがある。
【００１９】
特許文献２のように永久磁石を回転軸方向に折り曲げられる突起により固定した場合、温度変化により突起が変形すると、固定が不完全になるおそれがある。
【００２０】
特許文献３、４のように永久磁石を回転子磁心の一部を変形して形成した突起により固定した場合、温度変化により突起が変形すると、固定が不完全になるおそれがある。
【００２１】
特許文献５のように永久磁石をレーザー溶接により固定した場合、永久磁石と回転子磁心は熱膨張率が異なり、さらに永久磁石は脆いため、温度変化により溶接が外れ、固定が不完全となるおそれがある。
【００２２】
特許文献６のように永久磁石を、個々の永久磁石を覆う押さえ片により固定した場合、永久磁石の寸法がばらつくため、永久磁石が小さすぎて永久磁石と押さえ片の間に隙間ができるおそれがある。あるいは、永久磁石が大きすぎて、押さえ片により永久磁石が過度に押圧されるおそれもある。
【００２３】
特許文献７のように永久磁石を周方向に角度をずらした回転子磁心により固定した場合、回転子磁心の角度ずれは全ての磁石挿入孔について同じである。しかし、永久磁石の寸法はばらつくため、永久磁石が小さすぎて、永久磁石と回転子磁心の間に隙間ができるおそれがある。あるいは、永久磁石が大きすぎて、永久磁石が回転子磁心により過度に押圧されるおそれもある。
【００２４】
特許文献８のように磁石挿入孔を端板により塞ぐことにより、永久磁石の回転軸方向の脱落を防ぐことはできる。しかし磁石挿入孔の回転軸方向の長さは、永久磁石の寸法がばらつくことを考慮して、永久磁石より長く作られている。そのため磁石挿入孔を端板により塞いでも、永久磁石と端板の間に隙間ができる。そのため端板では、永久磁石を回転軸方向に固定することはできない。特許文献８では永久磁石と端板の間にスペーサを挿入する例も挙げられている。しかしスペーサの材質は非磁性体というだけであり、弾性材料あるいは塑性材料というような記載はない。スペーサが弾性材料でも塑性材料でもない剛体であれば、スペーサは隙間より小さ目につくらざるを得ない。従ってスペーサを挿入しても隙間の一部は残り、永久磁石の固定はできない。
【００２５】
本発明は回転子磁心に複数の磁石挿入孔を設け、各磁石挿入孔に永久磁石を挿入した永久磁石回転子において、磁石挿入孔内の永久磁石を長期にわたり確実に固定することを目的とする。
【００２６】
特に密閉型圧縮機のように、永久磁石回転子が冷媒にさらされる場合、化学的および温度変化のストレスが永久磁石回転子に加わるが、このようなときでも永久磁石の固定が劣化しないことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
（１）本発明は、回転子磁心に、回転軸方向に延在した複数の磁石挿入孔を設け、各磁石挿入孔に永久磁石を挿入し、磁石挿入孔を端板で塞いだ永久磁石回転子に関する。本発明の永久磁石回転子においては、永久磁石と端板の隙間にアルミニウム、アルミニウム合金、非磁性ステンレスのいずれか、またはそれらの組み合わせである非磁性の塑性材料からなる押圧部材を挿入し、永久磁石の上端近傍または下端近傍、あるいはその両方に、磁石挿入孔と前記永久磁石との間に形成された押圧部材の逃げ部を設け、押圧部材を介して端板から永久磁石に機械的圧力を加え、押圧部材の本体部により永久磁石を回転軸方向に固定し、逃げ部に入り込んだ押圧部材の端部により永久磁石を円周方向に固定する。押圧部材は永久磁石と端板の隙間より大きいため、永久磁石の端面に押圧部材を載せたとき、押圧部材は磁石挿入孔から外にはみ出す。端板を取り付けると、押圧部材は、はみ出した長さだけ縮む。このとき永久磁石は硬いためほとんど縮まない。縮められた押圧部材により永久磁石は回転軸方向に固定される。逃げ部を形成するためには、永久磁石の上端近傍と下端近傍にて磁石挿入孔を大きくしてもよいし、永久磁石自体を小さくしてもよい。またその両方を組み合わせてもよい。押圧部材の逃げ部が形成されると、押圧部材が端板からの圧力で変形したとき、押圧部材の端部は逃げ部に入り込む。押圧部材の端部により永久磁石は回転軸方向だけでなく円周方向にも固定される。押圧部材は端板と永久磁石の間に挟まれて塑性変形する。本発明の永久磁石回転子においては、押圧部材が非磁性材料からなる。もし押圧部材が磁性材料からなると、永久磁石から押圧部材を通って永久磁石に戻る不要な磁気回路が形成され、永久磁石電動機の出力が低下するおそれがある。
【００３２】
（６）本発明の永久磁石回転子においては、押圧部材の形状が円筒、中空円筒、楕円筒、中空楕円筒、角筒（角数に制限はない）、中空角筒（角数に制限はない）、中空半円筒（雨樋形状）、波板、表面にローレット加工もしくは溝加工を有する板材のいずれかである。板材表面のローレット、溝は塑性変形する部分である。「円筒、中空円筒」には実用上問題のない範囲で真円からずれたものも含む。「楕円筒、中空楕円筒」には実用上問題のない範囲で真の楕円からずれたものも含む。「中空半円筒」には実用上問題のない範囲で真の半円からずれたものも含む。これらの押圧部材は永久磁石を固定する性能が良く、容易に製造でき、価格が安いため実用的である。
【００３３】
（７）本発明の永久磁石回転子の製造方法は次の工程を含む。
（ａ）回転子磁心に設けられた磁石挿入孔に永久磁石を挿入する工程。
（ｂ）永久磁石の上端または下端、あるいはその両方に押圧部材を挿入する工程。
（ｃ）端板を取り付け、端板により押圧部材を変形させ、端板から押圧部材を介して永久磁石に圧力を加え、永久磁石を固定する工程。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の永久磁石回転子においては、永久磁石と端板の隙間に押圧部材を挿入し、端板から押圧部材を介して永久磁石に圧力を加え、永久磁石を固定する。これにより端板と永久磁石の間の隙間がなくなり、永久磁石は磁石挿入孔の内部で長期間確実に固定される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】（ａ）本発明の第１例の永久磁石回転子の断面図、（ｂ）本発明の第１例の永久磁石回転子の断面図
【図２】（ａ）本発明に用いられる押圧部材の斜視図、（ｂ）本発明に用いられる押圧部材の斜視図、（ｃ）本発明に用いられる押圧部材の斜視図、（ｄ）本発明に用いられる押圧部材の斜視図、（ｅ）本発明に用いられる押圧部材の斜視図、（ｆ）本発明に用いられる押圧部材の斜視図、（ｇ）本発明に用いられる押圧部材の斜視図、（ｈ）本発明に用いられる押圧部材の斜視図、（ｉ）本発明に用いられる押圧部材の斜視図、（ｊ）本発明に用いられる押圧部材の斜視図、（ｋ）本発明に用いられる押圧部材の斜視図
【図３】（ａ）本発明の第１例の永久磁石回転子の組立説明図、（ｂ）本発明の第１例の永久磁石回転子の組立説明図
【図４】（ａ）本発明の第２例の永久磁石回転子の断面図、（ｂ）本発明の第２例の永久磁石回転子の断面図
【図５】（ａ）本発明の第２例の永久磁石回転子の組立説明図、（ｂ）本発明の第２例の永久磁石回転子の組立説明図
【図６】（ａ）本発明の第３例の永久磁石回転子の断面図、（ｂ）本発明の第３例の永久磁石回転子の断面図
【図７】一般的な永久磁石電動機の断面図
【図８】（ａ）従来の永久磁石回転子の断面図、（ｂ）従来の永久磁石回転子の断面図
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１（ａ）は本発明の第１例の永久磁石回転子１０の、回転軸１１に垂直方向の平面図である。図１（ｂ）は本発明の第１例の永久磁石回転子１０の、回転軸１１に平行方向の断面図である。図１（ａ）は押圧部材１２と端板１３を取り付ける前の状態を示す。図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図１（ｂ）は押圧部材１２と端板１３を取り付けた後の状態を示す。
【００３７】
本発明の第１例の永久磁石回転子１０においては、回転子磁心１４に、回転軸１１方向に延在した複数の磁石挿入孔１５が設けられる。磁石挿入孔１５には永久磁石１６が挿入され、永久磁石１６と端板１３の隙間に押圧部材１２が挿入される。挿入前の押圧部材１２は、端板１３と永久磁石１６の隙間より大きい。そのため挿入後、押圧部材１２は押し縮められて弾性変形あるいは塑性変形する。永久磁石１６には端板１３から押圧部材１２を介して機械的圧力が加わる。押圧部材１２により永久磁石１６は主として回転軸１１方向に固定される。
【００３８】
押圧部材１２が弾性材料からなると、温度変化による永久磁石１６、回転子磁心１４、端板１３、押圧部材１２の膨張率の差を吸収しやすい。そのため押圧部材１２は弾性材料からなる方が望ましい。
【００３９】
押圧部材１２が磁性材料からなると、永久磁石１６から押圧部材１２を通って永久磁石１６に戻る不要な磁気回路が形成され、永久磁石電動機の出力が低下するおそれがある。従って押圧部材１２は非磁性材料からなることが望ましい。
【００４０】
押圧部材１２はアルミニウム、アルミニウム合金、非磁性ステンレス、ベリリウム銅、黄銅のいずれか、またはそれらの組み合わせからなることが望ましい。アルミニウム、アルミニウム合金、非磁性ステンレスの一部は、塑性材料である。非磁性ステンレスの一部、ベリリウム銅、黄銅は弾性材料である。これらの材料は全て非磁性材料である。これらの材料は押圧部材１２として強度、耐久性、加工性、価格などが適当である。
【００４１】
図２（ａ）〜（ｋ）に示すように押圧部材１２の形状は円筒１２ａ（図２（ａ））、中空円筒１２ｂ（図２（ｂ））、楕円筒１２ｃ（図２（ｃ））、中空楕円筒１２ｄ（図２（ｄ））、角筒１２ｅ（図２（ｅ）は四角の場合）、中空角筒１２ｆ（図２（ｆ）は四角の場合）、角筒１２ｇ（図２（ｇ）は八角の場合）、中空角筒１２ｈ（図２（ｈ）は八角の場合）、中空半円筒１２ｉ（雨樋形状）（図２（ｉ））、波板１２ｊ（図２（ｊ））、表面にローレット加工もしくは溝加工を有する板材１２ｋ（図２（ｋ））のいずれかであることが望ましい。板材１２ｋ表面のローレット、溝は弾性変形または塑性変形する。これらの押圧部材１２は永久磁石１６を固定する性能が良く、容易に製造でき、価格が安いため実用的である。
【００４２】
図３（ａ）は本発明の第１例の永久磁石回転子１０において、押圧部材１２と端板１３の組み付け方法を説明する図である。図３（ｂ）は本発明の第１例の永久磁石回転子１０の、押圧部材１２と端板１３の組み付け後の図である。図３（ａ）、図３（ｂ）はいずれも回転軸１１に平行方向の断面図である。
【００４３】
図３（ａ）に示すように本発明の第１例の永久磁石回転子１０においては、永久磁石１６の上端と下端に押圧部材１２を挿入し、さらに端板１３を取り付けて押圧部材１２を押さえ込む。押圧部材１２は永久磁石１６の上端または下端の一方だけに挿入しても良い。
【００４４】
図３（ｂ）に示すように端板１３の取付により、押圧部材１２が弾性変形あるいは塑性変形し、永久磁石１６を主として回転軸方向に固定する。
【００４５】
図４（ａ）は本発明の第２例の永久磁石回転子２０の、回転軸１１に垂直方向の平面図である。図４（ａ）は押圧部材１２と端板１３を取り付ける前の状態を示す。図４（ｂ）は本発明の第２例の永久磁石回転子２０の、回転軸１１に平行方向の断面図である。図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図４（ｂ）は押圧部材１２と端板１３を取り付けた後の状態を示す。
【００４６】
図４（ａ）に示すように、本発明の第２例の永久磁石回転子２０においては、回転子磁心１４に、回転軸１１方向に延在した複数の磁石挿入孔１５が設けられる。磁石挿入孔１５には永久磁石１６が挿入される。永久磁石１６の上端近傍と下端近傍にて、磁石挿入孔１５が拡大しており、磁石挿入孔１５と永久磁石１６の隙間が拡大している。これにより永久磁石１６の上端近傍と下端近傍に、押圧部材１２の逃げ部１７が形成される。永久磁石１６と端板１３の隙間には押圧部材１２が挿入される。挿入前の押圧部材１２は端板１３と永久磁石１６の隙間より大きいため、端板１３を取り付けると、押圧部材１２は弾性変形あるいは塑性変形する。押圧部材１２が端板１３からの圧力で変形したとき、押圧部材１２の端部は逃げ部１７に入り込む。永久磁石１６には端板１３から押圧部材１２を介して機械的圧力が加わる。押圧部材１２の本体部によって永久磁石１６は回転軸方向に固定される。さらに押圧部材１２の、逃げ部１７に入り込んだ部分により、永久磁石１６は円周方向にも固定される。
【００４７】
図５（ａ）は本発明の第２例の永久磁石回転子２０の、押圧部材１２と端板１３の組み付け方法を説明する図である。図５（ｂ）は本発明の第２例の永久磁石回転子２０の、押圧部材１２と端板１３の組み付け後の図である。図５（ａ）、図５（ｂ）はいずれも回転軸１１に平行方向の断面図である。
【００４８】
図５（ａ）に示すように、本発明の第２例の永久磁石回転子２０においては、永久磁石１６の上端と下端に押圧部材１２を挿入し、さらに端板１３を取り付けて押圧部材１２を押さえ込む。押圧部材１２は永久磁石１６の上端または下端の一方だけに挿入しても良い。
【００４９】
図５（ｂ）に示すように端板１３の取付により、押圧部材１２は弾性変形あるいは塑性変形する。押圧部材１２の端部は逃げ部１７に入り込む。これにより永久磁石１６は回転軸方向だけでなく円周方向にも固定される。
【００５０】
図６（ａ）は本発明の第３例の永久磁石回転子３０の、回転軸１１に垂直方向の平面図である。図６（ａ）は押圧部材１２と端板１３を取り付ける前の状態を示す。図６（ｂ）は本発明の第３例の永久磁石回転子３０の、回転軸１１に平行方向の断面図である。図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図６（ｂ）は押圧部材１２と端板１３を取り付けた後の状態を示す。
【００５１】
図６（ａ）に示すように、本発明の第３例の永久磁石回転子３０においては、回転子磁心１４に、回転軸１１方向に延在した複数の磁石挿入孔１５が設けられる。磁石挿入孔１５には永久磁石１６が挿入される。永久磁石１６の上端近傍と下端近傍にて、永久磁石１６が縮小しており、磁石挿入孔１５と永久磁石１６の隙間が拡大している。これにより永久磁石１６の上端近傍と下端近傍に、押圧部材１２の逃げ部１８が形成される。永久磁石１６と端板１３の隙間には押圧部材１２が挿入される。挿入前の押圧部材１２は端板１３と永久磁石１６の隙間より大きいため、端板１３を取り付けると、押圧部材１２は弾性変形あるいは塑性変形する。押圧部材１２が端板１３からの圧力で変形したとき、押圧部材１２の端部は逃げ部１８に入り込む。永久磁石１６には端板１３から押圧部材１２を介して機械的圧力が加わる。押圧部材１２の主要部によって永久磁石１６は回転軸方向に固定される。さらに押圧部材１２の、逃げ部１８に入り込んだ部分により、永久磁石１６は円周方向にも固定される。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の永久磁石回転子１０、２０、３０は永久磁石電動機に用いられる。本発明の永久磁石回転子１０、２０、３０を用いた永久磁石電動機は、特に、空気調和機に用いられる密閉型圧縮機に好適である。密閉型圧縮機においては、永久磁石回転子１０、２０、３０も冷媒にさらされる。このため永久磁石回転子１０、２０、３０には通常の機械的強度に加えて、化学的および温度変化についても耐久性（耐冷媒性）が必要である。本発明の永久磁石回転子１０、２０、３０は冷媒にさらされても、永久磁石１６を長期間確実に固定することができるため、信頼性の高い永久磁石電動機が得られる。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 永久磁石回転子
１１ 回転軸
１２ 押圧部材
１２ａ 円筒形押圧部材
１２ｂ 中空円筒形押圧部材
１２ｃ 楕円筒形押圧部材
１２ｄ 中空楕円筒形押圧部材
１２ｅ 角筒形押圧部材
１２ｆ 中空角筒形押圧部材
１２ｇ 角筒形押圧部材
１２ｈ 中空角筒形押圧部材
１２ｉ 中空半円筒形圧部材
１２ｊ 波板形押圧部材
１２ｋ 板材形押圧部材
１３ 端板
１４ 回転子磁心
１５ 磁石挿入孔
１６ 永久磁石
１７ 逃げ部
１８ 逃げ部
２０ 永久磁石回転子
３０ 永久磁石回転子
４０ 永久磁石電動機
４１ 回転軸
４２ 固定子
４３ 永久磁石回転子
４４ 固定子磁心
４５ 極歯部
４６ 巻線
４７ 回転子磁心
４８ 磁石挿入孔
４９ 永久磁石
５０ 端板
５１ 隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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